I
IN
NS
ST
TI
IT
TU
UT
TO
O
P
PO
OL
LI
IT
TÉ
ÉC
CN
NI
IC
CO
O
N
NA
AC
CI
IO
ON
NA
AL
L
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA
Y ELÉCTRICA
MEDICIÓN DE DESCARGAS PARCIALES EN ARREGLOS
AISLADOR
–
CABLE SEMIAISLADO
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO:
ELECTRICISTA
PRESENTAN:
JOSÉ ISMAEL CAMACHO GARCÍA
HÉCTOR JAIR ILHUICATZI CARVAJAL
JONATHAN ALEXIS JARQUIN TREJO
ASESORES
M. EN C. CARLOS TEJADA MARTÍNEZ
LIC. BLANCA MARINA FEREGRINO LEYVA
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a quienes sin su completo apoyo y ayuda no hubiera sido posible realizar esta tesis: A Josefina Trejo mi maravillosa madre, por su crítica y apoyo incondicional. Al Dr. Fermín Espino Cortes por su paciente ayuda en las pruebas realizadas en el laboratorio y aportación de ideas muy valiosas. Al M. en C. Carlos Tejada Martínez por su constante amistad y apoyo en la revisión y correcciones. Al Ing. David Cabrera Vázquez mi maestro y amigo, por su generosidad y apoyo en todo momento. A mis compañeros de tesis Ismael y Héctor amigos de varios años.
A todos mis parientes y amigos que aportaron valiosas ideas. De corazón, les doy mi más profundo agradecimiento.
ÍNDICE
Pág.
Introducción……… 1
Objetivo general………....... 2
Justificación……… 3
CAPITULO I. ARREGLO AISLADOR-CABLE SEMIASLADO………...... 05 1.1 Aisladores………...... 5
1.2 Clasificación de los aisladores de acuerdo a su aislamiento…...... 7
1.2.1 Aislamiento externo……….. 7
1.2.2 Aislamiento interno……….. 8
1.3 Tipos de aisladores……….. 8
1.3.1 Aislador tipo alfiler………...... 9
1.3.2 Aislador tipo carrete………...... 10
1.3.3 Aislador tipo poste………. 10
1.3.4 Aislador tipo cadena………. 11
1.4 Propiedades de los aisladores…………..………...... 12
1.4.1 Propiedades eléctricas………. 12
1.4.2 Propiedades mecánicas………...... 13
1.4.3 Propiedades físico – químicas……… 14
1.5 Aislador cerámico tipo alfiler………... ………..Cerámico………... 14 1.5.1 Características electromecánicas del aislador tipo alfiler………….. 15
1.7 Cable semiaislado……….. 20
1.7.1 Tipos de cables semiaislados……… 20
1.7.2 Propiedades eléctricas de los cables semiaislados……….. 23
1.7.3 Cable semiaislado tipo CONDUMEX ECONEL AAC 25 kV……… 23
CAPITULO II DESCARGAS PARCIALES………...... 26
2.1 Campo eléctrico………...... 27
2.2 Descargas parciales………. 29
2.2.1 Aspectos generales………...... 29
2.2.2 Causa de la descarga parcial………...... 31
2.3 Tipos de descargas parciales……….. 32
2.3.1 Descargas parciales externas (corona)……… 32
2.3.2 Descargas parciales internas……… 35
2.3.3 Descarga parcial superficiales………...... 36
2.3.4 Descarga parcial en gases………...... 37
2.4 Gradiente superficial eléctrico (E)……….. 38
2.5 Factores que afectan la descarga corona………...... 39
2.5.1 Densidad relativa del aire………...... 40
2.5.2 Humedad del aire………...... 40
2.5.3 Movimiento del aire………. 41
2.6 Problemática actual de las descargas parciales en arreglos con cables semiaislados………. 41
2.7 Generalidades para la medición de las descargas parciales…………. 44
2.7.2 Preparación del objeto bajo prueba………. 44
2.7.3 Tensión de prueba libre de descargas parciales……… 45
2.7.4 Elección del procedimiento de prueba……… 45
2.7.4.1 Comprobación de la tensión libre de descargas………. 46
2.7.4.2 Determinación de las tensiones de iniciación y de extinción de descargas parciales ………....... 46 2.7.4.3 Medición de intensidades de descarga parcial………....... 47
CAPITULO III MEDICION DE DESCARGAS PARCIALES………...... 49
3.1 Introducción………...... 50
3.2 Descripción del equipo para calibración y prueba……… 51
3.2.1 Detector de descargas parciales……….. 51
3.2.2 Punta de alta tensión……….. 53
3.2.3 Megóhmetro……….. 54
3.2.4 Detector ultrasónico………. 54
3.2.5 Anillo equipotencial………...... 55
3.3 Circuito para la medición de descargas parciales……….. 56
3.4 Calibración para la prueba……… 57
3.5 Metodología de prueba……….. 59
3.6 Resultados de las pruebas……… 60
3.6.1 Arreglo 1: Aislador cerámico – cable semiaislado con amarre metálico………...
60
3.6.2 Arreglo 2: Aislador cerámico – cable semiaislado con amarre preformado semiconductor………..
3.6.3 Arreglo 3: Aislador cerámico – cable desnudo con amarre metálico………
63
3.6.4 Arreglo 4: Aislador cerámico – cable semiaislado con amarre preformado aislante………......
65
3.6.5 Arreglo 5: Aislador polimérico – cable semiaislado con amarre preformado aislante………......
68
3.6.6 Arreglo 6: Aislador polimérico – cable semiaislado con amarre preformado semiconductor………
69
3.7 Medición de la resistencia de aislamiento de los amarres preformados
para cálculo de conductividad………..
72
CAPITULO IV ANALISIS DE PRUEBAS………... 74
4.1 Análisis de resultados………...... 75
4.1.1 Análisis 1. Amarre metálico vs amarre preformado
aislante en aislador cerámico con cable semiaislado……….
76
4.1.2. Análisis 2. Amarre metálico vs preformado semiconductor con
cable semiaislado en aislador cerámico………
77
4.1.3. Análisis 3. Amarres preformados aislante vs amarre preformado
preformado semiconductor con cable semiaislado montado en aislador
cerámico……….
78
4.1.4 Análisis 4. Amarre metálico con cable semiaislado vs amarre
metálico con cable desnudo en aislador cerámico……….
79
4.1.5 Análisis 5. Amarre preformado semiconductor vs amarre
metálico con cable desnudo en aislador polimérico……….
80
4.1.6 Análisis 6. Amarre preformado semiconductor vs amarre
preformado aislante en aislador polimérico………..
81
4.1.7 Análisis 7. Grafica general de arreglos montados en aislador
cerámico………......
82
preformados……… 83
Conclusiones………...... 85
Recomendaciones para trabajos futuros………...... 88
Anexos………...... 89
Apéndice A………. 90
Apéndice B………. 91
Apéndice C………. 93
GLOSARIO
Aislador: Dispositivo de material aislante empleado para soportar los conductores eléctricos de las líneas eléctricas de transmisión y distribución.
Alta tensión: Voltajes elevado, arriba de 6.6 Kv.
Anillo equipotencial: Elemento metálico que se emplea en aisladores para reducir la concentración del campo eléctrico y que se encuentra al mismo
potencial del herraje por estar a este mecánicamente sujeto.
Arreglo: Para fines de este documento, se refiere a arreglo al conjunto que conforman el cable semiaislado, aislador y al tipo de amarre.
Baja frecuencia: Para efecto de este trabajo, es el valor comprendido entre 15 Hz y 100 Hz..
Cable semiaislado: Cable de un conductor de cobre, aluminio (AAC) o con alma de acero (ACSR), con pantalla semiconductora extruida sobre el conductor y
aislamiento-cubierta de polietileno de cadena cruzada (XELP) en color negro.
Cantiléver: Cualquier viga, travesaño u otro miembro estructural que se proyecta más allá de su miembro sustentante. También llamado voladizo
Circuito: Un circuito eléctrico es un arreglo que permite el flujo completo de corriente eléctrica bajo la influencia de un voltaje.
Corriente alterna: Una corriente eléctrica periódica en la que su valor medio durante un período es cero.- Una corriente eléctrica que invierte el sentido de la
dirección de su flujo a intervalos regulares.- Lafrecuencia de este cambio de flujo
se expresa en ciclos por segundo o Hertz.
Densidad relativa: La densidad relativa se define como la relación de la densidad de una sustancia con la de otra sustancia. La densidad relativa se mide
bajo un determinado conjunto de condiciones específicas.
Descarga parcial (DP): Fenómeno de ruptura eléctrica que está confinado y localizado en la región de un medio aislante, entre dos conductores que se
encuentran a diferente potencial. Se dice que es parcial, ya que existe un
aislamiento sólido en serie y con la parte defectuosa que evita una ruptura
completa del dieléctrico.
DPP: Detector de descarga parciales.
Dieléctricas (dieléctrico): Un medio material en el cual puede existir un campo eléctrico en estado de reposo.- Material aislante - Un medio que tiene la propiedad
de que la energía requerida para establecer en él un campo eléctrico se recupera
toda o en parte como energía eléctrica.
Distancia de fuga: Distancia más corta o la suma de las distancias más cortas, a lo largo del contorno de las superficies externas del aislador tipo alfiler. Es entre
Distancia de flameo en seco: Es la distancia más corta, medida a través del medio circundante entre las partes conductoras. En caso de existir partes
metálicas conductores e intermedias, la distancia de flameo en seco, es la suma
de las distancias parciales.
Efecto corona: Es la ionización del aire que rodea a los conductores de alta tensión o incluso en la superficie de materiales aislantes sólidos con un alto campo
eléctrico.
Efecto punta: El efecto punta es un efecto físico que se produce por la acumulación de energía en esa parte de un cuerpo
Filamentos: Estructuras largas y delgadas
Gradiente: Se toma como campo escalar el que se asigna a cada punto del espacio.
Muesca: Concavidad que hay o se hace en una cosa para que encaje en otra.
Permitividad: La permitividad es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permitividad está
determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de
un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del
material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica.
Polietileno (polieteno): Polímero sintéticamente fabricado del etileno. Se produce de dos formas: un material suave de baja densidad, y uno más duro de densidad
Presión barométrica: La presión barométrica es como se le refiere al presión atmosférica
Streamer: Canal ionizado atreves del aire.
Tensión: La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada voltaje) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico
entre dos puntos.
Tensión de flameo: Tensión eléctrica necesaria para producir una ruptura lo suficientemente ionizada para mantener un arco eléctrico.
Tensión de flameo a baja frecuencia: Es el valor eficaz de la tensión de baja frecuencia, que en condiciones especificadas origina un flameo, manteniéndose a
través del medio próximo.
Tensión de flameo al impulso: Es el valor de cresta de la onda de tensión de impulso, que bajo condiciones especificadas, produce el flameo a través del medio
circundante.
Tensión de Perforación: Es el valor eficaz de la tensión aplicada a un aislador, bajo condiciones especificadas, que origina una descarga disruptiva a través de
cualquier parte del aislador.
Tensión disruptiva: La tensión necesaria para producir una descarga disruptiva entre dos conductores
Tracking: Formación de caminos conductores sobre la superficie de un material aislante.
Umbral: El umbral es la cantidad mínima de señal que ha de estar presente para ser registrada por un sistema.
LISTA DE SIMBOLOS
kV Kilovolt
μV Microvolt
mm Milímetros
mm2 Milímetros cuadrados
ms Microsegundos
nF Nanofaradio
kg/km Kilogramo por Kilómetro
kHz Kilohertz
kN Kilonewtons
kV/cm Kilovolt por centímetro
pC Picocoulombs
V Volt
1
Introducción
La electricidad es una de las principales fuentes de energía en la actualidad,
desde su utilización en industrias, hasta el consumo doméstico. Durante la
generación de la electricidad, el transporte y consumo están presentes fenómenos
eléctricos, mecánicos y físicos, los cuales modifican las características
fundamentales de la energía eléctrica. Para compensar los efectos de los
fenómenos antes mencionados es necesaria la utilización de componentes
eléctricos adecuados, por esta razón en este trabajo se analizará la interacción
entre el elemento conductor y el elemento aislante, que se presenta en la etapa de
distribución de la energía eléctrica a niveles de tensión de 23 kV.
En este proyecto estudiarán las descargas parciales que se presentan en el
arreglo conductor-aislante, así como las características eléctricas individuales de
cada elemento que lo conforman, tomando en cuenta las especificaciones del
fabricante.
Se realizaron pruebas para detectar descargas parciales en seis diferentes tipos
de arreglos, combinando aisladores cerámicos, poliméricos y amarres metálicos y
preformados, analizando de forma particular el tipo de amarre y su
comportamiento con el tipo de conductor utilizado en la actualidad por la Comisión
Federal de Electricidad (CFE). Con el fin de poder seleccionar el amarre con un
2
Objetivo general
Analizar la interacción del arreglo aislador- cable semiaislado con diferentes tipos
de amarre en los sistemas de distribución de energía eléctrica a un nivel de
tensión de 23 kV.
OBJETIVOS PARTICULARES
Describir las características técnicas de los aisladores, cables semiaislados
y amarres utilizados en las redes de distribución.
Realizar arreglos experimentales aislador- cable semiaislado en el
Laboratorio de Alta Tensión de la ESIME Zacatenco.
Medir los niveles de descargas parciales generados en cada tipo de arreglo
aislador- cable semiaislado.
Analizar los resultados de las pruebas realizadas en el laboratorio.
Proponer el arreglo más convenientemente en cuanto al nivel de descargas
3
Justificación
En el sistema eléctrico nacional se presentan interrupciones del servicio eléctrico
en todas las etapas que lo componen. De acuerdo a las estadísticas de CFE ante
el CIGRE en el año 2009 el TIU (Tiempo de Interrupción por Usuario) a niveles de
distribución alcanzó el 90.5% de la interrupción total de todo el sistema, además la
etapa de distribución contiene la mayor cantidad de líneas instaladas, por lo cual la
respuesta a cada una de las fallas es menos eficiente [1].
Al tratar que este índice de falla disminuya se está implementado un cambio de
conductores en las líneas de distribución, los conductores de aluminio desnudos
se están sustituyendo por cables semiaislados, logrando con esto que los circuitos
tengan una protección adicional contra causas externas que conlleven a una falla
eléctrica principalmente en zonas arboladas o con fuertes lluvias y viento.
Aunque la instalación del cable semiaislado presenta varias ventajas, se ha
encontrado que con el tiempo se tienen problemas de degradación en el
recubrimiento del cable y en los aisladores, tracking, generación de corona y ruido
audible.
Por lo anterior, en este trabajo se presentan los resultados de mediciones de
descargas parciales en seis diferentes arreglos con cables semiaislados, amarres
4
CAPITULO I
“ARREGLO
AISLADOR- CABLE
SEMIAISLADO”
En este capítulo se desarrolla la teoría elemental acerca de los componentes
5
1.1 Aisladores
En la naturaleza de la materia todos los elementos que existen tienen la
capacidad de permitir el paso de la corriente a través de ellos, solo que
dependiendo del material, esta propiedad (conductividad) es mayor o menor, lo
que nos permite denotarlos de dos formas, en el primer caso se le llama
conductor a un material que tiene una conductividad muy buena y en el caso
contrario el material que no tiene una buena conductividad es llamado aislante.
Generalmente los materiales no metálicos son considerados como materiales
aislantes, ya que estos tienen que someterse a un mayor esfuerzo para que el
movimiento de la energía eléctrica pueda ser de una manera uniforme, es decir
que este tipo de materiales no tienden a tener electrones libres dentro de su
estructura lo que dificulta la conductividad en ellos.
Los materiales aislantes se pueden encontrar en los 3 estados básicos de la
materia, es decir, en estado sólido, líquido y gaseoso, en el campo de la
electricidad los aislantes son utilizados en los tres tipos de estados
dependiendo de la aplicación a la que se enfoquen.
Para esta investigación se analizará el de tipo sólido, que corresponde a un
6
En la distribución de la energía eléctrica son necesarios básicamente dos
elementos para su transportación de una manera adecuada y segura, estos
dos elementos son, el elemento conductor (cable), es decir el que permite el
paso de la energía eléctrica a través de sí mismo y un elemento aislante
(aislador), el cual permite aislar la parte energizada de las demás partes que
no tienen energía eléctrica, de este modo se lleva toda la distribución de la
energía eléctrica, con la interacción de los dos elementos antes mencionados.
Figura. 1.1 Aisladores
En el caso particular del aislador, éste proporciona dos funciones principales al
encontrarse en condiciones de operación en líneas de distribución, la primera
es la de aislar la parte energizada de todo lo demás que no lo esté, y la
segunda es la de proporcionar sujeción mecánica entre el aislador y el cable,
7
1.2 Clasificación de los aisladores de acuerdo a su aislamiento
Los aisladores se pueden catalogar por el tipo de material usado para su
fabricación, de acuerdo a sus propiedades y condiciones que esté diseñado el
aislador.
1.2.1 Aislamiento externo
Este tipo de aislamiento es comprendido por las distancias en aire atmosférico y
las superficies externas que están sometidas a esfuerzos dieléctricos y a los
efectos de las condiciones atmosféricas como (presión, temperatura y humedad) y
otras condiciones externas (contaminación, niebla, lluvia, rayos ultravioleta,
animales y parásitos, entre otros).
Este tipo de aislamiento es dividido en dos clasificaciones de acuerdo a su medio
ambiente;
A) Aislamiento externo servicio exterior (intemperie); son aislamientos que están
diseñados para operar fuera de locales cerrados, de gabinetes protectores o
compartimentos, constantemente están expuestos a condiciones atmosféricas
y de intemperie.
B) Aislamiento externo servicio interior; Este aislamiento está diseñado para
operar dentro de locales cerrados, gabinetes protectores o compartimentos en
8 1.2.2 Aislamiento interno
Comprende las partes internas sólidas, liquidas o gaseosas del elemento aislador,
las cuales están protegidas de las condiciones externas y de los efectos
atmosféricos.
Figura. 1.2 Demostración isométrica del aislamiento interno y externo.
Adicionalmente a la clasificación anterior, los aisladores pueden contener un
aislamiento que puede ser de dos tipos, auto recuperable o no auto recuperable,
es decir, el aislamiento auto recuperable es el que recupera sus propiedades
aislantes después de una descarga disruptiva, en caso contrario el aislador no
auto recuperable tiende a perder sus propiedades aislantes [2].
1.3 Tipos de aisladores
El tipo de construcción de un aislador y el material de fabricación del mismo dan
9
capacidad de aislamiento que posee el aislador, a continuación se dará una
explicación de los aisladores más usados en niveles de distribución a 23 kV y de
sus principales características.
1.3.1 Aislador tipo alfiler
Es un aislador formado por uno o varios faldones de distinto diámetro, que se
montan rígidamente en un vástago roscado llamado alfiler, con el cual forma un
conjunto desmontable y del cual adquiere su nombre, la separación y
configuración de los faldones previenen, por lo general, los flameo provocados por
las gotas de agua. Los faldones anchos son susceptibles a dañarse por el flameo
u otras circunstancias y de ese modo quedar permanentemente dañados.
Estos aisladores se encuentran normalmente en dos tipos, empacables y tipo no
empacables, los aisladores no empacables se usan normalmente a niveles de
tensión de hasta 34 kV en sistema de distribución [3].
10 1.3.2 Aislador tipo carrete
Es un aislador de forma cilíndrica con faldones generalmente uniformes en cada
uno de sus etapas, generalmente son fabricados en porcelana, éstos constan de
una o varias ranuras circunferenciales externas y perforado axialmente para su
montaje [4].
Figura. 1.4 Aisladores tipo carrete.
1.3.3 Aislador tipo poste
Los aisladores tipo poste o soporte para aparatos o equipo son el tipo que se usan
con mayor frecuencia para la construcción de subestaciones nuevas, su perfil
uniforme y menor dímetro mejora la apariencia del aislador. Generalmente son
fabricados en una sola pieza y en la mayor parte de estos son fabricados de
porcelana, formando un cierto número de discos, dependiendo la característica
eléctrica requerida.
Los discos o faldones del aislador tipo poste al ser más cortos que los de tipo
alfiler, los hacen susceptibles a menos daños, por lo que generalmente se
mantiene la integridad del aislamiento, dado que no se afectan sus distancias de
11
Figura. 1.5 Aisladores tipo poste
1.3.4 Aislador tipo cadena
Este tipo de aisladores están constituidos por un número variable de faldones
según el nivel de tensión a la que operara, estas cadenas son móviles alrededor
de su punto de unión al soporte.
12
1.4 Propiedades de los aisladores
Para poder emplear de manera exitosa los aisladores deben de cumplir con ciertas
propiedades como son las siguientes:
1.- Eléctricas
2.-Mecánicas
3.-Físico -químicas
Estos materiales deben de cumplir con su función esencial de aislar al elemento
conductor, pero también deben presentar propiedades que les permitan
mantenerse sin deteriorarse en el medio en el cual estarán instalados.
1.4.1 Propiedades eléctricas
A) Resistencia de aislamiento: Es la resistencia que presenta un material aislante
al paso de una corriente eléctrica, esta corriente se le denomina de fuga y
existen dos caminos para la misma, una en la superficie y otra por el volumen.
B) Rigidez Dieléctrica: Es la propiedad que presenta los elementos aislantes de
oponerse a ser perforado por una corriente eléctrica, está determinada por su
constante de rigidez dieléctrica de los materiales.
C) Factor de pérdidas dieléctricas: Se le denomina pérdidas dieléctricas a la
energía eléctrica que se pierde a través de los aislantes y factor de pérdidas a
13
D) Resistencia al arco: Es aquella que se mide por el tiempo en que un material
aislante es capaz de resistir los efectos destructivos de un arco eléctrico antes
de que el arco forme un camino carbonizado sobre la superficie del aislador.
E) Tensión Crítica de Flameo (TCF): Es el valor de tensión de impulso con la cual
se tiene un 50% de probabilidad de flameo.
F) Nivel básico de aislamiento al impulso por rayo (NBI): Es el valor de tensión de
impulso que soportar un aislador con una probabilidad mínima del 90% bajo
condiciones nominales de prueba [5].
1.4.2 Propiedades mecánicas
A) Los aisladores deben soportar solo cierta tracción en kg.
B) Los aisladores rígidos deben soportar cierta compresión, y/o cierta flexión.
C) También por los sitios donde se instalan, los aisladores cuentan con una
resistencia al impacto.
D) Frente a estas solicitaciones el comportamiento de los tres tipos de materiales
es totalmente distinto, el vidrio puede estallar, siendo una característica muy
importante que la cadena no se troce por este motivo.
E) La porcelana se rompe perdiendo algún trozo pero generalmente mantiene la
integridad de su cuerpo, mecánicamente no pierde características, solo son
14 1.4.3 Propiedades físico – químicas
A. Porosidad: Es una propiedad que tienen los cuerpos de dejar poros o espacios
entre sus partículas, lo que permite que se compriman o dilaten y hacerse
permeables a los gases y aún más a los líquidos.
B. Higroscopicidad: Es la capacidad de absorción de la humedad que presentan
los materiales.
C. Conductividad térmica: Es la facilidad del paso del flujo de calor sobre un
material.
D. Hidrofobicidad: Es una propiedad que evita la formación de un camino continuo
de agua sobre algún material [5].
1.5 Aislador cerámico tipo alfiler
Este tipo de aisladores se construyen con vidrio, pastas o compuestos
patentados y porcelana.
En las líneas de transmisión los aisladores de vidrio únicamente se recomiendan si
están construidos con vidrio especial resistente al calor. Los productos orgánicos,
incluyendo los compuestos o pastas, que no resisten el trabajo prolongado en alta
tensión no son recomendables si están expuestos a la intemperie, por lo que su
uso solo está limitado a instalaciones de baja tensión.
Este tipo de aislador tiene una característica muy importante, consta con una
degradación mínima al paso del tiempo, por lo que no necesitan un remplazo
15
Se conoce por aislador de tipo alfiler a un aislador completo, el cual consiste en un
miembro aislante o un conjunto de tales miembros, excluyendo tirantes de
hombros, abrazaderas, asas u otros accesorios semejantes. Todas aquellas
partes que sean utilizadas cuando se monte un aislante de alfiler, deberán
proporcionar condiciones de aislamiento y de resistencia mecánica para el
conductor que se instale con esos conjuntos [7]. Así mismo este aislador está
formado por una o varias campanas, se puede montar rígidamente en un vástago
roscado llamado alfiler, con el que se logra formar un conjunto que es
desmontable y nos sirve para soportar y sujetar el conductor eléctrico [8].
1.5.1 Características electromecánicas del aislador tipo alfiler
“Los aisladores de porcelana de tipo alfiler se clasifican en función de su diseño y características, de acuerdo con lo indicado en la tabla 1.1” [8].
Tabla 1.1- Características de los aisladores tipo alfiler.
Identificación del aislador
55-4 13 A1
55-5 13 A2
56-1 22 A1
56-2 22 A2
16
En este caso y para las pruebas realizadas para la detección de las descargas
parciales se utilizó el aislador con clase 56-2, cuya geometría y dimensiones se
observan en la figura 1.7.
Figura 1.7 Aislador 56-2. Dimensiones en mm.
Para determinar la distancia de fuga y de flameo es necesario que se mida
desde la parte central del cuello del aislador donde se hace el amarre, hasta la
intersección con el alfiler.
17
Tabla 1.2 - Características del aislador 56-2.
Características Descripción
56-2
Dimensiones Diámetro y altura
(mm)
Distancia mínima de
fuga (mm)
Distancia mínima de flameo en seco
(mm)
Altura mínima del alfiler (mm)
229 por 165 432 210 178 Eléctricas Flameo
en seco y baja frecuencia kV Flameo en húmedo a baja frecuencia kV Tensión critica de flameo al impulso positivo kV Tensión critica de flameo al impulso negativo kV Tensión de perforación a baja frecuencia kV Tensión nominal del sistema kV Tensión máxima de diseño kV
110 70 175 225 145 23 27 Mecánicas Resistencia al cantiléver: 13,36 kN
De radio de inferencia
Tensión de prueba a baja frecuencia (rmc a tierra) kV
Tensión máxima de radio interferencia a 1000kHZ en
μV
22 100
Material y acabado: Porcelana vidriana Uso: Soporta y aísla conductores aéreos en zonas normales.
1.6 Aislador de polietileno de alta densidad tipo alfiler
En las pruebas realizadas también se ocupó un aislador de polietileno de alta
densidad tipo alfiler con el fin de tener una comparación de los niveles de las
descargas parciales que se presentan tanto en el aislador cerámico como en el
aislador de polietileno.
Este aislador está hecho de polietileno de alta densidad, con 3 faldones, clase 25
18
llamada PLP (Preformed Line Products Company) originaria de estados unidos,
pero específicamente este tipo de aisladores se encuentran diseñados en Brasil
con las siguientes características:
“Fabricado en polietileno de alta densidad en color ceniza y fue desarrollado exclusivamente para obtener excelentes características mecánicas y alcanzar los
requerimientos de resistencia a los rayos ultravioletas, al tracking eléctrico y a las
condiciones atmosféricas exigidas en este tipo de redes”[9].
En la figura siguiente se observa las medidas y dimensiones que tiene el aislador
de polietileno de alta densidad tipo alfiler utilizado para la detección de descargas
parciales.
19
Beneficios del aislador polimérico
Algunas de los beneficios del aislador polimérico son las siguientes: [23]
1) Los aisladores poliméricos y la cubierta semiconductora del conductor
tienen propiedades dieléctricas similares.
2) La superficie de polietileno aunado al diseño de los faldones con diámetros
descendientes contribuye a obtener una mayor distancia de fuga y así
reducir los efectos de la humedad y contaminación.
3) UV estabilizado para el servicio a largo plazo.
4) Alta resistencia al impacto - diseñado para reducir la ruptura del aislador
(vandalismo, daño de bala), particularmente a temperaturas frías.
5) El aislador polimérico es más ligero que el cerámico lo que conduce a
reducir gastos de transportación y facilita la manipulación del liniero.
20
1.7 Cable semiaislado
En las líneas de distribución el elemento principal es el conductor (cable). Existen
distintos tipos de cables, pueden ser de aluminio (AAC), aluminio con alma de
acero (ACSR) o de cobre, esto se determina según sean los niveles de tensión en
el que va operar el conductor.
Los conductores instalados en las líneas de distribución pueden ser desnudos, sin
embargo, debido a las situaciones que se han presentado en el transcurso del
tiempo como el robo del mismo, su deterioro por condiciones ambientales, fallas a
tierra por contacto con árboles, etc., se ha optado por instalar cable semiaislado
principalmente en zonas arboladas o con fuertes lluvias y viento.
1.7.1 Tipos de cables semiaislados
Un cable semiaislado es aquel conductor de cobre, aluminio, (AAC) o de aluminio
con alma de acero (ACSR), que puede o no tener una pantalla semiconductora y
su aislamiento- cubierta generalmente es de polietileno de cadena cruzada (XELP)
en color negro.
Existen distintos tipos de cables semiaislados pero éstos a su vez se van a
clasificar dependiendo el uso, el forro y los niveles de tensión, como se muestra a
21
Tipo de ambiente seco:
Aquellos que por diseño deben de tener barrera bloqueadora para impedir la
penetración longitudinal de agua en el conductor central.
En la figura siguiente se puede observar el cable semiaislado tipo de ambiente
seco y cómo está constituido para el tipo de ambiente para el cual está diseñado.
Figura 1.9 Cables para uso en ambiente seco
Tipo de cable húmedo o mojado.
Son aquellos que según su diseño tiene barreras bloqueadoras para lo que es la
penetración longitudinal de agua en el conductor central y en su pantalla metálica
[10].
En la siguiente figura se puede ver al cable semiaislado tipo húmedo, y cómo está
22
Figura 1.10 Cable para uso en ambientes húmedos o mojados
En la tabla 1.3 se puede ver el calibre y algunas de las características principales
del cable semiaislado de acuerdo a los niveles de tensión entre fases utilizados
[11].
Tabla 1.3 Características de los cables semiaislados.
TENSIÓN NOMINAL ENTRE FASES (kV) CALIBRE AWG/kCM DATOS
ACC CU
23
1.7.2 Propiedades eléctricas de los cables semiaislados
Algunas de las propiedades que presentan los cables semiaislados son:
Una amplia capacidad de conducción
Tienen una excelente resistencia a las descargas eléctricas superficiales
provocadas por el contacto del cable con las ramas de los árboles y otros
objetos aterrizados.
1.7.3 Cable semiaislado tipo AAC 25 kV
En la siguiente imagen se observa el tipo de cable semiaislado que se ocupó, es
de tipo AAC el cual opera a una tensión de 25 kV.
24
En la siguiente imagen se puede ver la composición física del cable semiaislado
tipo AAC 25 kV
Figura 1.12 Construcción física del cable semiaislado.
Composición:
1. Núcleo de alambre de acero galvanizado.
2. Conductor formado por alambres de aluminio aleación 1350, y temple duro
“H19”, agrupados en capas concéntricas.
3. Pantalla semiconductora extruida sobre el conductor.
4. Aislamiento-cubierta de XLP (polietileno de cadena cruzada) en color negro
[12].
Algunas de sus propiedades que se presentan en este cable semiaislado son
las siguientes:
Resistencia a los agentes químicos
Resistencia a la grasa
25 Resistencia al calor
Resistencia al ozono
Resistencia en el abrazamiento
Resistencia al intemperie
Resistencia a los rayos solares
Dicho conductor es operado a 25 kV con una temperatura nominal a los 75°C y su
principal uso es de tipo aéreo.
El conductor cumple con la norma de CFE E0000-29, dado a conocer las
certificaciones del producto por la constancia de aceptación de prototipos dirigido
26
CAPITULO II
“
DESCARGAS PARCIALES
”
.
En este capítulo se describen las generalidades de las descargas parciales, así
como los factores que las provocan y que se toman en cuenta para la medición de
las mismas, además de especificar las características de los parámetros que se
27
2.1 Campo eléctrico
Campo eléctrico es aquel que se presenta alrededor de un conductor portador de
corriente eléctrica, en el caso de este trabajo se presenta alrededor de las líneas
de distribución y más particularmente de la cubierta semiaislada de los
conductores hacia el exterior, el campo eléctrico que se genera particularmente
en el arreglo no es uniforme ya que la intensidad del mismo depende de distintos
factores. El campo eléctrico está estrechamente relacionado con las descargas
parciales ya que estas tienen lugar cuando el campo eléctrico localizado excede la
tensión de ruptura del aire o del gas circundante, principalmente generados por
imperfecciones en la simetría de los materiales como, puntas (efecto punta), o
bordes afilados de los conductores y a su vez también los elementos
complementarios que los componen como la cubierta semiconductora. De tal
manera que la mayor concentración del campo eléctrico y de las descargas
parciales se presentan en la zona en que el amarre interacciona con el cable
semiaislado y el aislador.
En la figura 2.1 se muestra una simulación tomada de una investigación anterior
[19]. En la imagen se observa el arreglo de un sistema de distribución con cables
semiaislados con el valor pico de la tensión trifásica instantánea en la fase central,
figura 2.1 (a), mientras que en la gráfica, figura 2.1 (b), se muestra el incremento
del campo eléctrico en la zona antes descrita, el cual alcanza valores elevados
[19]. El alto campo eléctrico alrededor del área de contacto entre conductor y
aislador puede provocar la aparición de descargas parciales que como se verá
28
(a) (b)
Figura 2.1 Simulación del campo eléctrico en un sistema de distribución con cable semiaislado de 23 kV. (a) Distribución de potencial, con el valor pico en la fase centras, (b) máximo campo eléctrico el área de contacto
cable-aislador.
Para poder observar de manera más precisa la zona afectada por el campo
eléctrico y las descargas parciales es necesario puntualizar el área de contacto
entre el cable semiaislado y el aislador. En la siguiente figura se puede ver el área
de contacto donde reposa el cable semiaislado y el aislador.
29
Se debe tomar en cuenta que en los extremos de la zona de contacto entre el
aislador y el cable semiaislado, el campo eléctrico y las descargas parciales se
presentan en mayor intensidad, debido a que en esos puntos el espacio de aire
entre el aislador y el cable semiaislado es mayor, provocando que en estos puntos
se presente un mayor deterioro tanto en el aislador como en el cable semiaislado
[19].
2.2 Descargas parciales
2.2.1 Aspectos generales
La definición de descarga parcial de acuerdo a la Internacional Standard
IEC60270. “Una descarga parcial es un proceso de descarga que sólo
parcialmente puentea la distancia entre dos electrodos” [20]. Este fenómeno de descarga puede ser una chispa, un arco y ser ocasionada por algún electrodo e
inclusive ocurrir sin que exista electrodo en el hueco de un dieléctrico.
Las descargas parciales en general son una consecuencia de la concentración de
tensiones eléctricas que se encuentran en el asilamiento o sobre la superficie de u
aislamiento, habitualmente, algunas descargas parciales aparecen como pulsos y
el tiempo logra mantenerse no menos que un 1μs [22].
“El proceso de descargas parciales es característicamente pulsante y se manifiesta como unos pulsos de corriente en un circuito externo; este proceso está
catalogado como estocástico porque sus propiedades son descritas en función de
30
Figura 2.3 Representación de una DP.
En la figura anterior se muestra la representación más común de una descarga
parcial en un diagrama elíptico y en una forma pulsante. La forma elíptica es la
trasposición de la forma pulsante de la descarga parcial sobre la onda s enoidal de
la tensión aplicada, en la figura 2.4 se puede observar lo mencionado
anteriormente.
31
Cuando en aislantes poliméricos se origina la actividad de descarga parcial está
normalmente se asocia con la formación de “árboles” que lo deterioran. Estos ‘árboles’ se componen por micro-canales o de material con baja densidad que puede vaporizarse rápidamente. En la figura 2.5 se observa un ejemplo de este
fenómeno [21].
Figura 2.5 Árbol formado por DP en polímeros.
2.2.2 Causa de la descarga parcial
En ocasiones los aislamientos líquidos y sólidos tienen internamente o en el límite
entre el dieléctrico y los electrodos cavidades o huecos, que al aplicarles una
tensión se produce una diferencia de potencial en las cavidades internas del
32
Al referirse a huecos o cavidades se habla de cualquiera de los siguientes
fenómenos:
Burbujas en aceite.
Generación de gas en aceite.
Interfaces de aislamiento.
Fracturas internas en aislamiento.
Impregnación defectuosa de aislamiento sólido.
Desalineamiento entre dos superficies.
Si bien no todos los huecos o cavidades son generadoras de descargas parciales
por lo regular el proceso para la formación de descarga parcial es similar [22].
Se debe mencionar que la existencia de una fase gaseosa es necesaria para la
formación de una descarga parcial. Si bien hay descargas parciales en líquidos, la
formación del conducto ionizado asociado necesita que el líquido esté vaporizado,
y que se generen cavidades gaseosas. La descarga parcial que existe en el aire
alrededor de los conductores u otros gases se le denomina efecto corona [21].
2.3 Tipos de descargas parciales
2.3.1 Descargas parciales externas (corona)
Corona no se debe de usar como el término general para todas las
representaciones de descargas parciales. Corona es una forma de descarga
parcial, la cual se genera en medios gaseosos alrededor de conductores que no
33
En la figura siguiente se muestra el fenómeno de descarga corona en el círculo
punteado a causa de la ionización del gas aislante el cual existe entre los dos
electrodos.
Figura 2.6 DP externa
El efecto corona es aquella descarga parcial que se localiza principalmente en las
zonas donde el esfuerzo dieléctrico tiene mayor concentración, como suele pasar
en aquellos arreglos de electrodos ionizados, la cual conducen una ruptura
completa en el espacio eléctrico. En el caso de los campos que no son uniformes
varían las manifestaciones como son las descargas luminiscentes y audibles que
son las que se pueden observar antes de que ocurra la ruptura total, estas
descargas pueden ser transitorias o en defecto pueden adoptar el estado
34
es de suma importancia en las altas tensiones debido a que son las que en los
campos no uniformes son ineludibles.
Las descargas coronas se originan o más bien se forman en la superficie de un
conductor de alguna línea de transmisión, cuando el nivel de intensidad del campo
eléctrico que origina exceso de la tensión de ruptura del aire la cual su condición
estándar es de 30 kV/cm [13]. Dentro de esta condición, si la distancia de
ionización se incrementa, el campo eléctrico se reduce notablemente limitando la
formación completa de la falla. Por otro lado esto normalmente se ve como una
extensión virtual del conductor adyacente con respecto a tierra como el campo
eléctrico lo modifica. Esto permite que se incremente la capacitancia del conductor
y por consiguiente exista una caída de tensión. Este efecto provoca una diferencia
de potencial entre el conductor y la fuente, y como consecuencia, la corriente
emana de la fuente al conductor. Se debe mencionar que esta corriente subsiste
solo durante el principio del efecto Corona. Debido al incremento de la tensión
eléctrica, en una grieta con electrodos extensos aparecen y desparecen canales
de luz durante pocos microsegundos. Este fenómeno es conocido como streamer
corona. Cuando un streamer corto circuita la abertura por completo sucede la
descarga completa, y diferentes factores como la presión atmosférica y la
humedad conllevan a una lenta o rápida avería [22].
Un campo eléctrico no uniforme de un conductor, ejerce una influencia adicional y
otra de partícula contaminante de cierta clase, que llega a ser su punto origen de
35
No obstante, aunque un campo eléctrico sea uniforme y se tenga como dieléctrico
el aire existirá una gran variedad de condiciones, las cuales van a controlar esta
tensión de ruptura y entre algunas están:
La presión del aire
El material del conductor
La presencia del vapor de agua
La fotoionización incidente
El tipo de tensión aplicada.
2.3.2 Descargas parciales internas
Este tipo de descargas se originan por inclusión de materiales extraños que por lo
regular su rigidez dieléctrica es baja si se compara con la rigidez dieléctrica de los
materiales aislantes. Esto produce que el material extraño presente una ruptura
dieléctrica con una intensidad de campo eléctrico mucho menor que la de los
aislamientos, y con esto se presenten las descargas parciales.
Las distintas inclusiones que logran ocasionar el fenómeno de las descargas
parciales son los siguientes:
Partículas extrañas.
Burbujas de gas.
Interfaces eléctricas.
Protuberancias metálicas.
36
En la figura siguiente se pueden observar las pequeñas cavidades o huecos en el
interior del aislamiento existente entre los electrodos, en estas cavidades es
donde se presentan las descargas parciales.
Figura 2.7 DP interna
2.3.3 Descargas parciales superficiales
Las descargas parciales no se generan solamente en el interior de un volumen de
aislamiento líquido o sólido, de igual manera se originan en la superficie del
aislamiento. Fácilmente las interfaces entre aislamiento líquido y sólido consiguen
originar una actividad de descargas parciales superficiales. La diferencia de
permitividades produce que el campo aumente en cualquiera de los materiales
37
En la siguiente figura se presenta una descarga parcial superficial a lo largo del
material aislante que hay entre dos electrodos
Figura 2.8 DP superficial
Una mala distribución de campo eléctrico o por una corriente de fuga que pase por
una de las capas conductoras por consecuencia de humedad o contaminación, en
la superficie del aislante, pueden ser consecuencia para que se produzcan
descargas parciales superficiales [22].
2.3.4 Descarga parcial en gases
Son aquellas descargas eléctricas que generalmente son iniciadas debido a un
campo eléctrico intenso esto a su vez aumenta la velocidad de los electrones
38
adecuada o suficiente del campo eléctrico pueden producir nuevos iones gracias a
las colisiones con otros átomos, a consecuencia del choque que esto divide al
átomo en iones positivo y en un electrón, las cuales pueden generar más iones y
electrones provocando que la descarga llegue a ser autosuficiente.
La actividad de descarga parcial obedece directamente a la presión que está
sometido el gas [22]. Una condición que se necesita para la formación de
descargas parciales es que la porción de volumen que contiene al aire o gas, su
coeficiente de ionización sea mayor o igual al coeficiente de fijación de electrones.
Esto asegura que la razón de ionización por colisión de electrones es mayor que la
razón de sujeción de electrones a la molécula, esto es lo que requiere la descarga
para crecer. Si la condición anterior se cumple, la descarga parcial puede suceder
cuando un electrón es llevado en este volumen. Podría este electrón inicial, ser el
resultado de una manifestación del campo si es lo suficientemente grande en la
superficie. De esta manera se entiende como la actividad de descarga parcial
depende directamente de la presión a la que está sometido el gas [21].
2.4 Gradiente superficial eléctrico (E)
Para conocer el gradiente de superficie eléctrico (E), sobre lo que es la superficie
de un conductor o conductores de las líneas de transmisión, se requiere evaluar
los distintos fenómenos tales como son los que provienen de la descarga corona,
39
Si fuera el conductor liso se considera que tiene un valor unitario, en el que el
campo eléctrico es más uniforme que si el conductor fuese trenzado o que tenga
muesca, o si lo cubre el polvo, las cenizas o partículas que se encuentran en el
aire y en estos casos el valor será menor al unitario.
También otro factor que afecta el gradiente superficial eléctrico tanto por sus
condiciones atmosféricas o como también puede ser por su arreglo.
2.5 Factores que afectan la descarga corona
En las pérdidas de efecto corona de un conductor son una función del campo
eléctrico en la superficie, donde las condiciones superficiales como rugosidad y el
medio ambiente que rodearán al conductor.
Debido a que si la tensión incrementara, el gradiente de tensión en la superficie
puede aumentar a un valor suficientemente alto para lograr ionizar el aire que
rodea, produciendo una descarga corona acompaña por las pérdidas de potencia.
Las distintas condiciones del clima pueden arrojar resultados, los cuales depositen
gotas tanto de lluvia, nieve o hielo, provocando una reducción de uniformidad del
campo eléctrico y ocasionando que las tensiones críticas disruptivas disminuyan.
Mencionando que mientras la densidad del aire disminuye tiende a ionizarse a
menores gradientes de tensión, lo cual nos dice que a mayores alturas del nivel
del mar la densidad del aire es mucho menor, esto provocando que la tensión
40 2.5.1 Densidad relativa del aire
Otro factor importante el cual va a desarrollar las pérdidas por efecto corona que
se presenta comúnmente en los conductores a grandes alturas es debido a la
densidad del aire, la cual la podemos comparar como una relación entre la presión
barométrica y una temperatura.
Estudios han arrojado que las pérdidas por efecto corona en un conductor para un
buen tiempo están en función de la tensión critica disruptiva, la cual a su vez es
una función de la densidad del aire.
2.5.2 Humedad del aire
La humedad del aire es un factor que también influye en la generación del efecto
corona, ya que a medida que incrementa la humedad resultan niveles menores de
efecto corona sin precipitación.
Que en general su mecanismo para la influencia de la humedad se explica debido
a una función del vapor de agua, que ésta actúa como un gas electronegativo con
una apreciable afinidad en cuestión de captura de electrones de las moléculas del
agua.
La humedad también afecta al ruido audible de la línea, que por otro lado suprime
la avalancha de electrones, lo cual crea una alta concentración de vapor de agua
sobre el conductor originando que el aire circulante llegue hacer más conductor,
ocasionando que aumente la ionización, y generando mayor puntos de corona
41 2.5.3 Movimiento del aire
El movimiento que lleva el aire remueve la producción de la ionización, sin
embargo, el viento siempre influye sobre las mediciones tanto como son de ruido
como de pérdidas coronas. El viento remueve lo que son las cargas espaciales en
la vecindades del conductor, ya que a estas cargas normalmente lo que hace es
habilitar los streamer positivos que ocasionan radio interferencias pero esto
dependerá debido al incremento de velocidad del aire.
2.6 Problemática actual de las descargas parciales en arreglos
con cables semiaislados
En las redes eléctricas aéreas se presentan fenómenos eléctricos que no son
perceptibles al ojo humano y que en condiciones específicas pueden ser
percibidos por el oído. Estos fenómenos provocan un daño mecánico y eléctrico
los sistemas de distribución, por a lo que es necesario atenuarlos para evitar
interrupciones en el servicio.
En la instalación de cables con cubierta semiconductora que se ha realizado para
mejorar la confiabilidad del sistema contra fallas transitorias por ramas u objetos
ajenos, se ha presentado una problemática con el tipo de amarre que se utiliza
para la sujeción entre el cable y el aislador, la cual provoca el daño de la cubierta
semiconductora.
Este daño es consecuencia del efecto llamado tracking, el cual es la formación de
42
los casos resulta una degradación del aislamiento en el cual conduce un puente
entre los electrodos. Con el cual a su vez es ocasionado por el efecto corona,
donde éste se presenta en mayor o menor medida de acuerdo a las condiciones
ambientales en las que se encuentre el arreglo, así como del deterioro que éste va
acumulando a lo largo del tiempo, provocando de este modo que el tracking sea
considerado peligroso.
El peligro del tracking que presenta en las líneas de distribución son generar una
sobretensión, ya sea por maniobra o por descarga atmosférica, ya que ésta puede
alcanzar valores del orden de los kV, lo que al transmitirse al arreglo puede
ocasionar que una línea salga por falla.
Figura 2.2 Falla monofásica.
El problema se ha presentado principalmente en la sujeción del cable semiaislado
y el aislador por medio de un amarre metálico, debido a la constitución del amarre
con la que es uniforme, es decir, en algunos puntos de amarre, el conductor se
encuentra en un contacto con éste, por lo contrario en la parte posterior del
aislador donde se genera un contacto con mayores distancias. Este efecto se
puede ver cuando el tracking daña la superficie semiconductora como se muestra
43
Figura 2.9 Cable semiaislado dañado por tracking provocado por amarre metálico.
Para evitar los daños que se generan al realizar un amarre metálico sobre un
cable semiaislado, la compañía suministradora (CFE) ha optado por la sustitución
del amarre metálico por un amarre semiconductor preformado, lo que en medida
parece reducir las descargas parciales en el arreglo, pero éstos también pueden
presentar fallas como se muestra en la siguiente figura.
Figura 2.10 Cable semiaislado dañado por tracking por amarre preformado semiaislado.
Para poder observar con mayor claridad este efecto sobre los arreglos, se
recurren a técnicas con instrumentos para poder observar el efecto, uno de estos
instrumentos es la cámara termográfica ya que el efecto de descargas parciales
44
la cámara lo detecte, o en su defecto se pueden rastrear con un detector
ultrasónico, el cual intensifica el ruido en la zona en la que se encuentran las
descargas parciales.
Estos métodos sirven para cuantificar de una forma aproximada el daño que se
provoca a lo largo del tiempo, y por medio de éstos también se puede verificar si
las medidas en contra de las descargas realmente funcionan [15].
2.7 Generalidades para la medición de las descargas parciales
2.7.1 Requerimientos generales
Es importante tener un control minucioso de todos los factores, para que se logren
obtener resultados similares en pruebas de descargas parciales. En los puntos
siguientes se dan los requerimientos de la prueba [16].
2.7.2 Preparación del objeto bajo prueba
El objeto que va estar bajo prueba, antes de ser probado, debe de ser sometido al
procedimiento de preparación especificado por la norma correspondiente
(tratamiento en vacío, impregnación en aceite, exposición a atmósfera húmeda,
esfuerzos eléctricos y mecánicos, tratamiento térmico, etc.). Si en la norma no se
especifica otra cosa, debe estar limpio, seco y a temperatura ambiente durante la
prueba [16].
Es de gran importancia, para asegurar que los resultados de prueba de descargas
45
térmicas del objeto que esté bajo prueba, sean estables. Si se le llega aplicar
tensión antes de la prueba, puede perturbar los resultados de las pruebas. Por lo
que es recomendable un periodo de reposo después de aplicaciones previas de
tensión antes de que se realicen pruebas de descargas parciales [16].
2.7.3 Tensión de prueba libre de descargas parciales
La tensión de prueba libre de descargas parciales es una tensión aplicada y con
un método de prueba definida, en la que el objeto de prueba tiene que estar libre
de descargas parciales que superen una intensidad especificada, según el tipo de
aislador al que se le realicen las pruebas.
En alta tensión las armónicas de prueba, si bien son de baja amplitud, logran
ocasionar resultados equivocados ya sea que logren perturbar las condiciones de
descarga parcial o pueden tener la capacidad de influir directamente en el
instrumento que está efectuando las mediciones. Por lo que debe de reducirse al
menos hasta que no se logre detectar su influencia con la sensibilidad que la
medición requiera [16].
2.7.4 Elección del procedimiento de prueba
La descripción de los procedimientos para tipos de pruebas y objetos de pruebas
particulares vienen descritos en las normas que corresponden a cada tipo de
prueba para la medición de descargas parciales más adelante se describe la
46
Estos procedimientos contienen cualquier asunto preliminar de acondicionamiento,
los niveles de tensión de prueba y frecuencia, secuencial y duración de la
aplicación de tensión y a la correlación de las pruebas de medición de descargas
con otras pruebas dieléctricas [16].
2.7.4.1 Comprobación de la tensión libre de descargas
Esta se le aplica al objeto que se encuentra bajo prueba, una tensión
significativamente menor de la tensión especificada como libre de descargas. Se
eleva gradualmente hasta esta tensión y se mantiene por el tiempo especificado.
Ya que se tiene los resultados se reduce y se desconecta. Se considera que el
objeto que se encuentra bajo prueba pasó satisfactoriamente si las descargas no
exceden una intensidad especificada. En este caso se prueba para determinar con
cual amarre ocurren o se generan con poca intensidad las descargas parciales.
Este procedimiento no asegura que la tensión de extinción de descargas parciales,
sea mayor que la tensión libre de descargas [16].
2.7.4.2 Determinación de las tensiones de iniciación y de extinción de descargas parciales
Al objeto que se encuentra bajo prueba se le aplica una tensión
considerablemente menor de la tensión de iniciación y se eleva paulatinamente
hasta que las descargas sobrepasen una intensidad definida, en este caso hasta
el valor de tensión a la que está diseñada el aislador. Se registra la tensión de
47
aproximadamente de 10% y consecutivamente se reduce a un valor al cual
terminan las descargas o resultan menores que la intensidad especificada y se
registra la tensión correspondiente a este límite de descarga. [16]
El procedimiento anterior se debe de repetir al menos 3 veces sin desconectar la
fuente de alta tensión o hasta que se obtengan valores consistentes de tensiones
de iniciación y de extinción. Si los valores no son consistentes debe hacerse un
número suficiente de observaciones para establecer valores promedio
significativos o para determinar la presencia de cualquier tendencia. Hay que
recalcar que con algunos sistemas de aislamiento los valores de extinción y
subsecuente iniciación pueden ser afectados por el tiempo, durante el cual se
mantiene la tensión por encima del valor de iniciación. [16]
No obstante en ninguno de los casos, la tensión que se aplica debe exceder la
tensión de prueba dieléctrica aplicable al aparato bajo prueba. Obsérvese que, en
cuestión de aparatos con aceite o aislamiento sólido existe cierto peligro de daño
producido de repetidas aplicaciones de tensión en el rango de la tensión de
prueba dieléctrica.
En algunos casos surgen descargas parciales eventuales a una tensión
correspondientemente baja y se pierden al momento, después o durante la prueba
[16].
2.7.4.3 Medición de intensidades de descarga parcial
La intensidad de descarga parcial en términos de la cantidad detallada se debe de
48
tensión de iniciación de descarga parcial. La tensión se incrementa gradualmente
a partir de un valor bajo hasta el valor especificado y se conserva así por el tiempo
especificado.
La intensidad de la descarga parcial se cuenta al final de este tiempo y
posteriormente la tensión se reduce y se desconecta. Unas cuantas veces la
intensidad de las descargas se mide también en lo que se está incrementando o
reduciendo la tensión o a lo largo del período de prueba completo.
La cantidad usada como una medida de la descarga debe tener alguna relación
con el deterioro progresivo que puede ser causado en el objeto bajo prueba en
cuestión. La cantidad más adecuada aún no ha sido establecida, y puede ser que
el deterioro debido a descargas parciales no pueda ser expresado en términos de
49
CAPITULO III
“
MEDICION DE DESCARGAS
PARCIALES
”
.
En este capítulo se describirán los distintos tipos de amarres que se le realizaron
al aislador cerámico tipo alfiler, para la detección de las descargas parciales, así
como las características de los distintos equipos de medición utilizados para las
